способ разделения смеси жидких компонентов

Формула изобретения

1. Способ разделения смеси жидких компонентов на установке, включающей ректификационную колонну, снабженную массообменными устройствами, отличающийся тем, что разделение смеси компонентов проводят в ректификационной колонне, разделенной глухой горизонтальной перегородкой на две части: укрепляющую и исчерпывающую, при этом давление паров в укрепляющей зоне выше давления паров в исчерпывающей зоне, смесь жидких компонентов подают в исчерпывающую зону, пары, полученные в исчерпывающей зоне, отводят, компримируют и подают в укрепляющую зону, жидкость из укрепляющей зоны через гидрозатвор подают в исчерпывающую зону ректификационной колонны, часть кубовой жидкости выводят, а оставшуюся часть направляют в основной теплообменник, куда поступают пары из укрепляющей зоны ректификационной колонны, при этом разница температуры паров, подаваемых в основной теплообменник, и кубовой жидкости составляет 3-70°С, часть образующегося при этом конденсата отбирают в виде дистиллятного продукта, а оставшуюся часть возвращают в виде флегмы в укрепляющую часть ректификационной колонны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разница температуры паров и кубовой жидкости, подаваемых в теплообменник, составляет 4-40°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что его осуществляют на установке, содержащей ректификационную колонну, разделенную глухой горизонтальной перегородкой на две части: укрепляющую часть и исчерпывающую часть, и снабженную массообменными устройствами, имеющую патрубки ввода жидкости и вывода пара, расположенные в исчерпывающей зоне, линию забора паров, соединенную с компрессором, сообщенным с первым теплообменником, соединенным с патрубком ввода компримированных паров в укрепляющую зону, патрубок вывода жидкости из укрепляющей зоны ректификационной колонны, сообщенный через гидрозатвор и второй теплообменник с патрубком ввода жидкости в исчерпывающую зону, линию кубовой жидкости, соединенную с третьим основным теплообменником и дефлегматором, который соединен с укрепляющей зоной линией отвода пара и соединен линией ввода флегмы в укрепляющую зону ректификационной колонны.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что исчерпывающая и/или укрепляющая части ректификационной колонны дополнительно разделены несколькими глухими горизонтальными перегородками.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что теплообменники, исчерпывающая и укрепляющая части ректификационной колонны выполнены с возможностью обеспечения движения жидкости самотеком в ректификационную колонну.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химии и может быть использовано в способах разделения компонентов в ректификационных установках.

Известен способ для разделения смеси компонентов в колонне, которая имеет параллельную оси разделительную стенку, отгораживающую приточную часть разделяемой смеси от отводимой. Подвод и отвод сред осуществляются сбоку в средней части аппарата. Голова и зумпф колонны имеют неразделенные перегородкой объемы. Как приточная, так и отводящая части, благодаря смещению стенки в боковом направлении имеют неравные по объему зоны. При этом верхняя часть приточной зоны увеличена, отводящей - уменьшена. Такое распределение объемов приточной и отводящей частей колонны способствует тому, что F-фактор во всех ее зонах остается постоянным. Предложенная колонна может применяться для дистилляции дигидронеролидола, тетрагидронеролидола или изофитола (Заявка 10163335, Германия, МПК 7 В 01 D 3/00, опубл. 10.07.2003). Недостатком данного изобретения является высокий расход пара и ограниченное его применение.

Известна ректификационная установка с произвольной ориентацией, содержащая емкость с рабочей жидкостью, нагреватель, конденсатор, емкость с холодным дистиллятом. В нее также введены, по крайней мере, не менее двух вихревых парогенератора и, по крайней мере, не менее две вихревые камеры, при этом входные камеры вихревых парогенераторов и вихревых камер имеют тангенциальные подводящие каналы, кроме того, введены насосы подачи рабочей жидкости и дистиллята соответственно. Причем емкость с рабочей жидкостью и насосом, нагреватель и вихревые парогенераторы соединены между собой гидравлически последовательно, а емкость с холодным дистиллятом и насос для подачи холодного дистиллята гидравлически соединены последовательно с вихревыми камерами, при этом паровая полость каждого предыдущего вихревого парогенератора гидравлически соединена с входной камерой последующего вихревого парогенератора, а также с входной камерой соответствующей вихревой камеры. Паровые полости вихревых камер гидравлически соединены с входными камерами предыдущих вихревых камер и с соответствующими конденсаторами (RU 2195990, опубл. 10.01.2003). Недостатком данного изобретения является сложность его аппаратурного оформления.

Наиболее близким аналогом является способ разделения компонентов смеси (спиртосодержащей водной смеси), включающий подогрев ее в теплообменнике теплом кубового продукта, отходящего из куба ректификационной колонны (РК), и подачу на тарелку питания РК. Спиртовые пары с верхней части колонны подают в компрессор, откуда после сжатия (компримирования) их подают в теплообменник, обогревающий колонну. Образовавшийся конденсат частично возвращают в колонну в виде флегмы, а частично отбирают в качестве дистиллятного продукта (спирта-сырца) (В.Н.Стабников, Перегонка и ректификация этилового спирта, М., 1969, с.425-430).

Недостаток этой технологии заключается в том, что экономия тепла определяется фактором «депрессии» продуктов разделения, т.е. разницей в температурах кипения продуктов ректификации: верхнего (дистиллята) и нижнего (кубовой жидкости). Таким образом, во-первых, ограничивается возможность экономии пара, во-вторых, сужается применение этого способа для более широкого применения (разделения других смесей), где разница температур между верхом и низом колонны больше, чем при разделении водно-спиртовой смеси.

Задача изобретения - увеличить экономию греющего пара, а также снизить затраты на оборудование, уменьшить выбросы в атмосферу и снизить количество сточных вод, расширить область применения данного изобретения.

Поставленная задача достигается способом, включающим разделение смеси жидких компонентов на установке, содержащей ректификационную колонну, снабженную массообменными устройствами. Новым является то, что способ проводят в ректификационной колонне, разделенной глухой горизонтальной перегородкой на две части: укрепляющую и исчерпывающую, при этом давление паров в укрепляющей части выше давления паров в исчерпывающей части. Смесь жидких компонентов подают в исчерпывающую часть, пары, полученные в исчерпывающей части, отводят, компримируют и подают в укрепляющую часть, жидкость из укрепляющей части через гидрозатвор подают в исчерпывающую часть ректификационной колонны, часть кубовой жидкости выводят в виде кубового продукта, а оставшуюся часть направляют в основной теплообменник, куда поступают пары из укрепляющей зоны ректификационной колонны, при этом разница температуры паров, подаваемых в основной теплообменник, и кубовой жидкости составляет 3-70°С, часть образующегося при этом конденсата отбирают в виде дистиллятного продукта, а оставшуюся часть возвращают в виде флегмы в укрепляющую зону ректификационной колонны. Пары, образовавшиеся в основном теплообменнике, возвращают в исчерпывающую зону ректификационной колонны.

Преимущественно разница температуры паров и кубовой жидкости, подаваемых в основной теплообменник, составляет 4-40°С.

Способ осуществляют на установке, содержащей ректификационную колонну, разделенную глухой горизонтальной перегородкой на две части: укрепляющую часть и исчерпывающую часть, и снабженную массообменными устройствами, имеющую патрубки ввода жидкости и вывода пара, расположенные в исчерпывающей зоне, линию забора паров, соединенную с компрессором, сообщенным с первым теплообменником, соединенным с патрубком ввода компримированных паров в укрепляющую зону, патрубок вывода жидкости из укрепляющей зоны ректификационной колонны, сообщенный через гидрозатвор и второй теплообменник с патрубком ввода жидкости в исчерпывающую зону, линию кубовой жидкости, соединенную с третьим основным теплообменником, дефлегматор, соединенный с укрепляющей частью линией отвода пара из ректификационной колонны и линией ввода флегмы в укрепляющую часть колонны.

Исчерпывающая и укрепляющая части ректификационной колонны дополнительно разделены несколькими глухими горизонтальными перегородками на зоны. При этом часть пара, выводимого из укрепляющей зоны, конденсируют, а оставшуюся часть возвращают в ректификационную колонну выше места его вывода по ходу движения паров, а часть жидкости, выводимой из исчерпывающей зоны, испаряют, а оставшуюся часть возвращают в ректификационную колонну ниже места вывода жидкости по ходу ее движения.

Теплообменники и исчерпывающая и укрепляющая части ректификационной колонны выполнены с возможностью обеспечения движения жидкости самотеком в ректификационную колонну.

Способ осуществляют на установке (см. чертеж), содержащей ректификационную колонну 1, разделенную глухой горизонтальной перегородкой 2 на две части: укрепляющую часть 3 и исчерпывающую часть 4, и снабженную массообменными устройствами, имеющую патрубки ввода жидкости 5 и вывода пара 6, расположенные в исчерпывающей зоне, линию 7 забора паров, соединенную с компрессором 8, соединенным с первым теплообменником 9, который сообщен с патрубком 10 ввода компримированных паров в укрепляющую зону, патрубок вывода жидкости 11 из укрепляющей зоны ректификационной колонны, сообщенный через гидрозатвор 12 и второй теплообменник 13 с патрубком 5 ввода жидкости в исчерпывающую зону, линию 14 кубовой жидкости, соединенную с третьим основным теплообменником 15, линию отбора пара 17 из ректификационной колонны в дефлегматор 16, линию отвода пара из третьего основного теплообменника 15 в нижнюю часть исчерпывающей зоны 4 ректификационной колонны.

Третий основной теплообменник 15 имеет общую теплопередающую поверхность с дефлегматором 16, соответственно кубовая жидкость является хладоагентом, который при этом испаряется. Дефлегматор 16 соединен линией отбора флегмы с укрепляющей зоной 3 ректификационной колонны.

Исчерпывающая и/или укрепляющая части ректификационной колонны дополнительно разделены несколькими глухими горизонтальными перегородками с образованием нескольких зон.

Первый и второй теплообменники и перегородка ректификационной колонны установлены с возможностью обеспечения движения жидкости самотеком в зоны ректификационной колонны.

Пример 1.

Водно-спиртовую смесь, содержащую 8-15 массовых % спирта, подают в зону 10 теоретической тарелки ректификационной тарелки (РК), снабженной регулярной насадкой, эквивалентной 35 теоретическим тарелкам. Между 10 и 11 тарелками установлена перегородка 2, разделяющая ректификационную колонну на исчерпывающую часть 4 (нижнюю) и укрепляющую 3 (верхнюю), препятствующая ходу пара и жидкости между этими зонами тарелок. РК оборудована устройством ввода и вывода жидких и паровых потоков. Линия вывода и ввода паров снабжена компрессором 8, который обеспечивает давление в исчерпывающей части 4 (10 тарелка) 370 мм рт.ст., что соответствует оптимальной величине относительной летучести спирта в области концентраций, богатых водой, а в укрепляющей части 3 (11 тарелка) - давление 4 ата. Установка также имеет первый теплообменник 9 для подогрева сырья паром, отводимым из исчерпывающей зоны 4. Линия вывода жидкости 11 с 21 тарелки на 20 тарелку соединена с гидрозатвором 12 и вторым теплообменником 13. Кубовую жидкость подают в третий основной теплообменник 15, куда одновременно через дефлегматор 16 подают пары из укрепляющей зоны РК. При этом разница температуры паров и смеси жидких компонентов составляет 3-70°С. Пары из укрепляющей части РК имеют температуру 115°С и содержат около 93% спирта. Часть образующегося при этом конденсата отбирают в виде дистиллятного продукта, а оставшуюся часть возвращают в виде флегмы в укрепляющую зону ректификационной колонны. Часть паров, образовавшихся в третьем основном теплообменнике, возвращают в нижнюю часть исчерпывающей зоны ректификационной колонны, а оставшуюся часть паров направляют в холодильник, после конденсации которых их выводят в виде кубового продукта, содержащего менее 0,01% спирта.

Расход греющего пара на установку составляет 1,5 кг на 1 кг абсолютированного спирта, что на 40-60% меньше действующих установок, работающих по известной технологии.

Пример 2.

Смесь пропилена с пропаном подогревают в первом теплообменнике и подают на 70 тарелку ректификационной колонны (РК), включающей 190 тарелок. Между 70 и 71 тарелками установлена перегородка и оборудовано устройство вывода паров с 70 тарелки (исчерпывающая часть 4) и ввода на 71 тарелку (укрепляющая часть 3), сообщающееся с компрессором, аналогичное описанному в примере 1, с помощью которого на 70 тарелке поддерживают давление 3,6 атм., а на 71 тарелке - давление 8,6 атм. Перед подачей в колонну пары охлаждают в первом теплообменнике 9 смесью жидких компонентов. С верхней части РК пары пропилена подают в дефлегматор, а затем - в третий основной теплообменник. Часть кубовой жидкости отбирают из нижней части РК и выводят ее в качестве товарного пропана, содержащего менее 0,2% пропилена, а остальную часть кубовой жидкости направляют в дефлегматор, откуда образовавшиеся пары пропана отправляют в РК. После основного теплообменника 1/15 часть конденсата отбирают в качестве товарного пропилена, содержащего менее 0,1% пропана, а 14/15 частей конденсата возвращают в качестве флегмы в верхнюю часть РК. При этом разница температуры паров и смеси жидких компонентов в основном теплообменнике составляет 3-70°С. Экономия греющего пара в сравнении с применением обычной схемы составляет более 60%.

Пример 3.

Аналогичен примеру 2 и отличается от него тем, что корпус укрепляющей зоны расположен ниже исчерпывающей зоны. Между 70 и 71 тарелками установлена горизонтальная перегородка. Часть паров, покидающих 72 тарелку, выводят в первый теплообменник, где их частично конденсируют. Аналогично поступают с парами с 76 тарелки. Первый конденсат возвращают на 73 тарелку, второй - на 77 тарелку. Оставшиеся части паров подают на всасывающую линию компрессора.

В первый теплообменник подают жидкость с 60 тарелки и частично испаряют. Пары подают на 61 тарелку. Во второй теплообменник подают жидкость с 64 тарелки, частично испаряют и пары поступают на 65 тарелку. Оставшиеся части жидкостей объединяют и направляют на 71 тарелку. Глухая горизонтальная перегородка между исчерпывающей и укрепляющей частью РК состоит из двух частей: одна из них является днищем корпуса укрепляющей части, а другая - верхней крышкой корпуса исчерпывающей части. Корпусы зон и теплообменники расположены на расстояниях, обеспечивающих самотек жидкости. Экономия греющего пара составляет более 65%.

Пример 4.

40% смесь пропана с бутаном подают на 20 тарелку колонны РК, содержащую 30 s-образных тарелок. Между 10 и 11 тарелками устанавливают первую глухую перегородку, с 10 тарелки пары при давлении 2 ата выводят в первый турбокомпрессор, и при давлении 8 ата подают на 11 тарелку. Между 20 и 21 тарелками устанавливают вторую глухую перегородку, с 20 тарелки пары выводят во второй турбокомпрессор и при давлении 15 ата подают на 21 тарелку. С верха РК пары подают в дефлегматор, где они конденсируются. Четверть конденсата, содержащего более 98,5% пропана, выделяют в качестве дистиллятного продукта, а 3/4 конденсата в виде флегмы возвращают в верх РК. С 9 тарелки отправляют часть жидкости в первый теплообменник, жидкость закипает и образовавшиеся пары направляют во всасывающую линию первого турбокомпрессора, где они смешиваются с парами, выводимыми с 10 тарелки. Часть паров после второго турбокомпрессора при температуре 40°С и при давлении 11 ата подают на второй теплообменник, где они конденсируются и конденсат направляют на 22 тарелку. Часть кубовой жидкости с низа РК, содержащей менее 1% пропана, выводится в виде кубового продукта, а другая часть подается во второй теплообменник, где испаряется. Образующееся пары при температуре 10,5°С подают в низ колонны.

Экономия энергии по сравнению со схемой «теплового насоса» более 65%.

Данное изобретение позволяет увеличить экономию греющего пара, уменьшить выбросы в атмосферу и снизить количество сточных вод.